(57)【要約】【課題】吐出特性に優れ、量産性に優れるインクジェットヘッドおよびインクジェットヘッドの製造方法を提供すること。【解決手段】一方向に延在し互いに間隔を空けて平行に配置された複数の隔壁と、隣り合う上記隔壁の間に形成されて、少なくとも一端が開口する複数のインク溝とを有する圧電基板１を使用する。複数の隔壁の圧電基板１側とは反対側の端部における上記一方向の両端部にカバー部材１６を接着する。このようにして、複数のインク溝の圧電基板１側とは反対側の両端部を、カバー部材１６で覆うようにする。【選択図】図９Ｂ
2010284811.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方向に延在し互いに間隔を空けて平行に配置された複数の隔壁と、隣り合う上記隔壁の間に形成されて、少なくとも一端が開口する複数のインク溝とを有する圧電基板と、
上記複数のインク溝に連通する共通インク室と、
上記複数のインク溝の上記圧電基板側とは反対側の両端部を覆うカバー部材と、
上記複数のインク溝の上記圧電基板側とは反対側の上記各インク溝の両端から間隔をおいた部分を覆うと共に、上記各インク溝に連通するノズル孔を有するノズルプレートと
を備え、
上記各インク溝の上記圧電基板側とは反対側は、上記ノズルプレートと、上記カバー部材とによって完全に覆われ、
上記カバー部材は、上記複数の隔壁の上記圧電基板側とは反対側の端部における上記一方向の両端部に接着される一方、上記ノズルプレートは、上記複数の隔壁の上記圧電基板側とは反対側の端部における上記一方向の両端から間隔をおいた部分と、上記カバー部材とに接着され、
上記共通インク室と連通する上記各インク溝の開口は、上記圧電基板の法線方向において、上記カバー部材に接着された上記ノズルプレートに重なっていることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
請求項１に記載のインクジェットヘッドにおいて、
上記ノズルプレートが、高分子材料フィルムであることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項３】
請求項１または２に記載のインクジェットヘッドにおいて、
上記カバー部材は、上記ノズルプレートよりも剛性が高い快削性セラミックからなることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれか１項に記載のインクジェットヘッドにおいて、
上記各ノズル孔に、二つの上記インク溝が連通していることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれか１項に記載のインクジェットヘッドにおいて、
上記隔壁の法線方向および上記ノズルプレートの法線方向の両方に垂直な方向の上記隔壁の長さをＬ［μｍ］とし、隣接する上記隔壁間の距離をＷ［μｍ］としたとき、Ｗ≦L≦３Ｗであることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項６】
請求項１から５までのいずれか１項に記載のインクジェットヘッドにおいて、
上記隔壁の法線方向および上記ノズルプレートの法線方向の両方に垂直な方向の上記カバー部材の長さが、上記隔壁の法線方向および上記ノズルプレートの法線方向の両方に垂直な方向の上記インク溝の長さよりも長いことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項７】
請求項６に記載のインクジェットヘッドにおいて、
一つの上記ノズル孔に、二つの上記インク溝が連通し、
上記二つの上記インク溝は、電気的に導通していて、外部からの信号によってせん断変形することを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項８】
圧電基板に、一方向に延在して互いに間隔をおいて位置する複数の隔壁を形成する隔壁形成工程と、
上記隔壁の上記圧電基板側とは反対側の端部の一部に凹部を形成する凹部形成工程と、
上記凹部にカバー部材を接着するカバー部材接着工程と、
上記カバー部材の上記圧電基板側とは反対側の面と、上記隔壁の上記圧電基板側とは反対側の端部であって、上記凹部に間隔をおいて位置する部分とにノズルプレートを接着するノズルプレート接着工程と
を備えることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項９】
請求項８に記載のインクジェットヘッドの製造方法において、
上記カバー部材接着工程と、上記ノズルプレート接着工程との間に、上記カバー部材の上記圧電基板側とは反対側の面と、上記隔壁の上記凹部に間隔をおいて位置する部分とを研削して、上記ノズルプレートを接着する部分を平坦にするノズルプレート接着面形成工程を備えることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノズルから液滴を吐出するインクジェットヘッドと、その製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、プリンタにおいては、インパクト印字装置に代わって、カラー化、多階調化に対応しやすいインクジェット方式などのノンインパクト印字装置が急速に普及している。これに用いるインク噴射装置としてのインクジェットヘッドとしては、特に、印字に必要な液滴のみを噴射するというドロップ・オン・デマンド型が、噴射効率の良さ、低コスト化の容易さなどから注目されている。ドロップ・オン・デマンド型としては、カイザー（Ｋｙｓｅｒ）方式やサーマルジェット方式が主流となっている。
【０００３】
しかし、カイザー方式は、小型化が困難で高密度化に不向きであるという欠点を有している。また、サーマルジェット方式は、高密度化には適しているものの、ヒータでインクを加熱してインク内にバブル（泡）を生じさせて、そのバブルのエネルギーを利用して噴射させる方式であるから、インクの耐熱性が要求され、また、ヒータの長寿命化も困難であり、エネルギー効率が悪いため、消費電力も大きくなる。
【０００４】
このような各方式の欠点を解決するものとして、圧電材料のシェアモード変形を利用したインクジェット方式が提案されている。この方式は、圧電材料からなるインクチャンネルの壁（以下、「チャンネル壁」という。）の両側面に形成した電極を用いて、圧電材料の分極方向と直交する方向に電界を生じさせることで、シェアモードでチャンネル壁を変形させ、その際に生じる圧力波変動を利用して液滴を吐出するものである。この方式は、ノズルの高密度化、低消費電力化、高駆動周波数化に適している。
【０００５】
近年はこのシェアモード変形を利用したインクジェットヘッドを産業用途に利用することが盛んに行われている。例えば、インクとして導電部材を吐出することによって、配線を描画したり、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色のインクを吐出することによって、カラーフィルタを作製したり、ビーズ材料を分散させたインクを吐出することによって、スペーサ散布を行ったりしている。
【０００６】
また、使用されるインクも多種多様になっている。例えば、有機溶剤を含有して揮発性の高いインクや、強酸性・強アルカリ性のインク、顔料や樹脂成分を含むインク、ビーズなどの微粒子を含有するインク、さらにはこれらを複合したインクなどが使用されるようになっている。ここで、ビーズなどの微粒子を含有するインクは、インクの溶媒と含有される微粒子の比重差により、微粒子が沈殿または浮遊し、インク中の微粒子濃度に分布の偏在が引き起こされることがある。そして、分布が偏った場合、吐出時の液滴中に含まれる微粒子数にばらつきが生じ、製品の性能劣化、不良発生をもたらす。さらには、ノズル孔が目詰まりするおそれもある。
【０００７】
このような事態を回避するためには、インクジェットヘッド内でインクを循環、撹拌させることによって、微粒子の沈殿を防止する必要がある。さらに厳密に言うと、吐出時の液滴中に含まれる微粒子数を安定させて吐出させるためには、上述のインクの循環、撹拌は、インクがノズル孔の直近にある時点においてもなされることが重要である。
【０００８】
ノズル孔直近までインクを循環、撹拌させるための技術としては、特許第３２５２３９２号公報（特許文献１）に記載されたものがある。特許文献１の第２図、第３図に示されたインクジェットヘッドでは、圧力発生室は、前側にノズル孔を有するノズル板と、後ろ側の振動板とで画定された空間である。この圧力発生室を挟むように圧力発生室の両側に２つの共通インク室が配置されており、これら２つの共通インク室は圧力発生室に連通している。この装置では、一方の共通インク室から他方の共通インク室へ圧力発生室を介してインクを供給できる構造となっている。このインクジェットヘッドにおいては、ノズル孔のある圧力発生室自体がインクの通り道となるため、ノズル孔の直近までインクを循環することが可能である。
【０００９】
また、特許文献１の第４図には、上記インクジェットヘッドを備える記録装置の全体が示されている。この記録装置では、インクを、インクカートリッジからインクジェットヘッドを経由してサブタンクへ補充する一方、インクを、サブタンクからインクジェットヘッドを経由してインクカートリッジへ水頭差を利用して戻すことも可能となっている。特許文献１の記録装置では、このようにしてインクを循環させている。
【００１０】
また、特開平５−２２９１１６号公報（特許文献２）には、インク流路となる溝を形成した圧電基板を、分極方向が逆になるように貼り合せ、圧電基板の片側に形成した導通孔に連通するように、ノズル穴を有する上板を接着したシェアモード型インクジェットヘッドが記載されている。
【００１１】
さらに、特開平９−９４９５２号公報（特許文献３）には、ノズルを有するカバープレートと流路基板に形成した流路溝部とにより圧力室を形成し、カバープレートまたは流路基板に形成したノズルからインクを吐出することができるインクジェットヘッドが記載されている。
【００１２】
また、特開２００６−１４２５０９号公報（特許文献４）に記載されたインクジェットヘッドでは、圧電基板の表面に互いに平行な２本の溝として２つの共通インク室が設けられている。これら２つの共通インク室の間に挟まれ、なおかつこれら２つの共通インク室の両方に連通するように、多数の溝状のインク室が設けられている。特許文献２に提案されているのは、この溝状インク室の壁部分の圧電材料のシェアモード変形を利用したインクジェットヘッドである。
【００１３】
さらに、特開２００８−２７９７１１号公報（特許文献５）には、複数の溝を形成した圧電基板とノズル孔を形成したノズル板とで画定されたインク室と、圧電基板、ノズル板、マニホールドとから画定される第１と第２の共通インク室とを有するインクジェットヘッドについて記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特許第３２５２３９２号公報
【特許文献２】特開平５−２２９１１６号公報
【特許文献３】特開平９−９４９５２号公報
【特許文献４】特開２００６−１４２５０９号公報
【特許文献５】特開２００８−２７９７１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上述したように、特許文献１に記載の記録装置では、インクカートリッジとサブタンクとの間でインクがやりとりされる際に、その流動の途上で、インクが一方の共通インク室から他方の共通インク室へ圧力発生室を介して供給されるため、インクをノズル孔直近まで循環することが可能である。しかし、このインクジェットヘッドは積層型のインクジェットヘッドであるという欠点がある。
【００１６】
積層型のインクジェットヘッドは、基台に振動子を取り付けた振動子ユニットと、流路構成部材と、振動板形成部材と、圧力発生室となるべき間隙を形成するためのスペーサと、ノズル孔を有するノズル板とから構成されている。そして、これら５つの部材をそれぞれ位置合わせし、重ね合わせることによって組み立てられている。インクジェットヘッドにおいて、高い着弾精度と均一な吐出性能を実現するためには、ノズル孔と駆動部の相対位置精度がきわめて重要である。そして、ノズル孔の中心と駆動部におけるインクの通り道の中心とが一致している必要がある。したがって、これら５つの部材は、それぞれについて高精度な位置合わせが要求される。つまり１つのインクジェットヘッドを作製するためには、このような高精度な位置合わせを４回繰り返す必要があり、歩留まりが低くなる。
【００１７】
一方、非積層型のインクジェットヘッドの例としては、特許文献２のインクジェットヘッドがある。ここで、特許文献２の第１の実施例では、圧電基板に形成した溝の上部に、ノズル穴を有する上板を接着している。この構造の場合には、圧電基板に形成した溝の隔壁上部と、ノズルプレートとの接着面積が小さくなる。ここで、強酸やＮＭＰなどの溶解性の高い溶剤がインクに含まれている場合には、ノズルプレートを接着するために使用できる接着剤の選択肢は少なく、必ずしもノズルプレートと基板の接着力が強い接着剤を選択できないことがある。このような場合には、インク充填時などのインクの圧力によりノズルプレートと圧電基板との接着面に圧力がかかり、ノズルプレートが剥がれてしまうことがある。ノズルプレートが剥がれると、隣り合う圧力室同士が連通してしまうため、圧力伝播が充分に行われずに吐出体積が著しく小さくなったり、吐出しなくなったりして描画不良が、引き起こされる。
【００１８】
また、特許文献２の第２の実施例では、圧力室の全ての面は圧電基板から構成され、ノズル穴を有するノズルプレートを、圧電基板に形成した導通孔に連通するように圧電基板に接着して、インクジェットヘッドを製造している。一般的に圧電基板はセラミックであるから、このような圧電基板への穴加工は、加工時にクラック等を発生させる虞がある。
【００１９】
圧電基板に形成した隔壁がシェアモード変形して圧力波を発生させるシェアモード型インクジェットヘッドでは、隔壁にクラックが存在することにより、隔壁の振動特性が著しく変化する。このような振動特性の変化は吐出速度や吐出体積の変化を引き起こし、吐出特性のばらつきとなる。また、導通孔とノズル穴を位置あわせして接着する必要があり、クラックの発生や信頼性の低下を防ぐために導通孔を小さくすると、貼り合せ位置ずれが発生しやすくなり、ノズル穴が導通孔と連通しないなどの不良原因となる。
【００２０】
特許文献３のインクジェットヘッドも、ノズルがカバープレートもしくは流路基板に形成されている。流路基板は圧電材料であるから、特許文献２の第２の実施例のインクジェットヘッドと同様に、ノズル穴を形成することによりクラックが発生して吐出特性を劣化させる虞がある。また、カバープレートにノズルを形成する場合には、特許文献２の第１の実施例のインクジェットヘッドと同様に、ノズルプレートと圧電基板の接着面積が小さいことから、ノズルプレートの剥がれが発生する虞がある。
【００２１】
また、特許文献４のインクジェットヘッドは、特許文献２のインクジェットヘッドと近い構造である一方、高分子材料のフィルムをノズルプレートに用いている。インクジェットヘッドの吐出特性（吐出体積、吐出速度、着弾精度）は、ノズル孔の大きさ、形状均一性、加工位置精度などにより大きく左右される。例えば数ピコリットルの液滴を、体積ばらつき数％以下で吐出するためには、ノズル孔の加工精度はサブミクロン以下のばらつきである必要がある。このような高精度を実現するため、ポリイミドフィルムやポリエーテルサルフォンなどの材料にエキシマレーザーを照射して加工を行っている。ポリイミドフィルムやポリエーテルサルフォン等の高分子材料は、エキシマレーザーを吸収することにより分子結合が切断され、分子あるいは原子状態に分解して蒸発する。したがって、マスクのパターンに忠実に反映した形状を得ることができるから、ノズル孔や凹部を精度良く形成するうえで好都合である。しかしながら、ポリイミドフィルムのような剛性の低いノズルプレートを用いて、特許文献４のインクジェットヘッドの構造を製作すると、圧力室の一面が高分子材料であるノズルプレートにより形成されているため、吐出のために圧力室内で発生した圧力波の伝播によりノズルプレートが変形して、吐出方向が曲がり、着弾精度が低下してしまうことがある。また、圧電基板に形成した隔壁の上部と、ノズルプレートとの接着面積が小さいことにより接着強度が弱く、また、インクジェットヘッドへのインク充填の際などに、ノズルプレートが、インクの圧力により変形して、ノズルプレートの剥がれが発生する虞がある。
【００２２】
さらに特許文献５のインクジェットヘッドでも特許文献４の構造と同様に、ノズルプレートがインク室や共通インク室の一面を担っているため、圧力波の伝播によるノズルプレートの変形や、充填時などの圧力がかかった場合のノズルプレート剥がれの虞がある。
【００２３】
そこで、本発明の課題は、インクの循環を円滑に行うことができて、優れた吐出特性を有し、かつ、量産性にも優れるインクジェットヘッドを提供することにある。また、本発明の課題は、そのようなインクジェットを製造できるインクジェットの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上記課題を解決するため、この発明のインクジェットヘッドは、
一方向に延在し互いに間隔を空けて平行に配置された複数の隔壁と、隣り合う上記隔壁の間に形成されて、少なくとも一端が開口する複数のインク溝とを有する圧電基板と、
上記複数のインク溝に連通する共通インク室と、
上記複数のインク溝の上記圧電基板側とは反対側の両端部を覆うカバー部材と、
上記複数のインク溝の上記圧電基板側とは反対側の上記各インク溝の両端から間隔をおいた部分を覆うと共に、上記各インク溝に連通するノズル孔を有するノズルプレートと
を備え、
上記各インク溝の上記圧電基板側とは反対側は、上記ノズルプレートと、上記カバー部材とによって完全に覆われ、
上記カバー部材は、上記複数の隔壁の上記圧電基板側とは反対側の端部における上記一方向の両端部に接着される一方、上記ノズルプレートは、上記複数の隔壁の上記圧電基板側とは反対側の端部における上記一方向の両端から間隔をおいた部分と、上記カバー部材とに接着され、
上記共通インク室と連通する上記各インク溝の開口は、上記圧電基板の法線方向において、上記カバー部材に接着された上記ノズルプレートに重なっていることを特徴としている。
【００２５】
本発明によれば、上記複数のインク溝の上記圧電基板側とは反対側の両端部が、カバー部材によって覆われているから、各インク溝を覆っている部分で、かつ、ノズル孔に連通している近傍の部分を、カバー部材によって補強できる。また、カバー部材の存在によって、ノズルプレートの接着面積、すなわち、ノズルプレートと、カバー部材および隔壁との接着面積を、大きくできる。したがって、ノズルプレートの変形を抑制できる。したがって、インク充填時などに発生する圧力によるノズルプレート剥がれの発生を大きく抑制することができる。
【００２６】
また、一実施形態では、上記ノズルプレートが、高分子材料フィルムである。
【００２７】
ノズル孔の加工性精度は、インクジェットヘッドの吐出特性（吐出速度、吐出体積、着弾精度）に直接影響するため非常に重要な要素である。ここで、エキシマレーザー加工法を用いれば、高分子材料フィルムに高加工精度でノズル孔を形成することができる。しかしながら、高分子材料フィルムは剛性が低いため、インク溝を覆うことにより形成された圧力室の一部が高分子材料フィルムで形成されている場合には、圧力室内で発生した圧力波の伝播により変形し、吐出方向がずれてしまう。
【００２８】
上記実施形態によれば、ノズルプレートを、隔壁とカバー部材で支えることができて、サポートできるから、圧力波の伝播によって圧力室の一部を構成するノズルプレートが変形することを大きく抑制でき、ノズルプレートとして高分子材料フィルムを使用することができる。したがって、高い着弾精度を実現することができる。
【００２９】
また、一実施形態では、
上記カバー部材は、上記ノズルプレートよりも剛性が高い快削性セラミックからなる。
【００３０】
上記実施形態によれば、カバー部材の剛性がノズルプレートの剛性よりも高いから、圧力波の伝播による圧力室の変形を大きく抑制できる。また、カバー部材が、快削性セラミックスからなるから、例えば、隔壁に形成した凹部にカバー部材を接着した後、ダイシングソーなどの機械加工により、ノズルプレートを接着する面を容易に形成することができる。
【００３１】
また、一実施形態では、
上記各ノズル孔に、二つの上記インク溝が連通している。
【００３２】
本発明では、隔壁の一部が、カバー部材で覆われて、剛性が高くなっているから、各ノズル孔に、二つのインク溝を連通する構成を採用して、二つの圧力室から発生した別々の圧力波の位相ずれが発生したとしても、圧力波の伝播により圧力室が変形することがない。したがって、各ノズル孔に二つのインク溝が連通する構成であっても、吐出方向のずれは発生せず、高い着弾精度を実現できる。
【００３３】
また、一実施形態では、
上記隔壁の法線方向および上記ノズルプレートの法線方向の両方に垂直な方向の上記隔壁の長さをＬ［μｍ］とし、隣接する上記隔壁間の距離をＷ［μｍ］としたとき、Ｗ≦L≦３Ｗである。
【００３４】
上記実施形態によれば、ノズル孔の中心から隔壁までの距離と、ノズル孔の中心からカバー部材のノズル孔側の端部までの距離との差が小さいから、吐出のための圧力波の伝播によるノズルプレートの変形を抑制する効果が大きい。また、ノズル孔からカバー部材の距離が近すぎることにより、ノズルプレートを接着する際の余剰の接着剤がノズル孔に入り込んで、ノズル孔を埋めてしまうことを、効率的に防止できる。
【００３５】
また、一実施形態では、
上記隔壁の法線方向および上記ノズルプレートの法線方向の両方に垂直な方向の上記カバー部材の長さが、上記隔壁の法線方向および上記ノズルプレートの法線方向の両方に垂直な方向の上記インク溝の長さよりも長い。
【００３６】
上記実施形態によれば、上記隔壁の法線方向および上記ノズルプレートの法線方向の両方に垂直な方向のカバー部材の長さが、上記隔壁の法線方向および上記ノズルプレートの法線方向の両方に垂直な方向のインク溝の長さよりも長いから、ノズルプレート接着時に余剰の接着剤が発生しても、その余剰の接着剤がインク溝内に入り込んでインク溝詰まりが生じさせることがない。つまり高い歩留りでインクジェットヘッドを製造することができる。
【００３７】
また、一実施形態では、
一つの上記ノズル孔に、二つの上記インク溝が連通し、
上記二つの上記インク溝は、電気的に導通していて、外部からの信号によってせん断変形する。
【００３８】
上記実施形態によれば、上述のように、ノズル孔に連通した二つのインク溝、すなわち、二つの圧力室の内部で発生した圧力波の伝播にずれが発生しても、吐出したインクの着弾精度が低下することはない。また、二つのインク溝を、共通の駆動信号で駆動させることができるから、吐出するための電圧を小さくすることができる。
【００３９】
また、本発明のインクジェットヘッドの製造方法は、
圧電基板に、一方向に延在して互いに間隔をおいて位置する複数の隔壁を形成する隔壁形成工程と、
上記隔壁の上記圧電基板側とは反対側の端部の一部に凹部を形成する凹部形成工程と、
上記凹部にカバー部材を接着するカバー部材接着工程と、
上記カバー部材の上記圧電基板側とは反対側の面と、上記隔壁の上記圧電基板側とは反対側の端部であって、上記凹部に間隔をおいて位置する部分とにノズルプレートを接着するノズルプレート接着工程と
を備えることを特徴としている。
【００４０】
本発明によれば、ノズル孔と連通するインク溝を有するインクジェットヘッドを容易に形成することができる。また、着弾精度に優れるインクジェットヘッドを形成することができる。
【００４１】
また、一実施形態では、
上記カバー部材接着工程と、上記ノズルプレート接着工程との間に、上記カバー部材の上記圧電基板側とは反対側の面と、上記隔壁の上記凹部に間隔をおいて位置する部分とを研削して、上記ノズルプレートを接着する部分を平坦にするノズルプレート接着面形成工程を備える。
【００４２】
上記実施形態によれば、ノズルプレートを接着する面を平坦化することができるから、ノズルプレート接着工程における歩留を向上させることでき、かつ、着弾精度を更に優れるものにすることができる。
【発明の効果】
【００４３】
本発明のインクジェットヘッドによれば、インクの循環を円滑に行うことができて、吐出特性が優れたものになる。
【００４４】
また、本発明のインクジェットヘッドの製造方法によれば、着弾精度に優れるインクジェットヘッドを、効率良く製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１Ａ】隔壁形成工程後の圧電基板の平面図である。
【図１Ｂ】隔壁形成工程後の圧電基板のＹ方向における側面図である。
【図２Ａ】導電膜形成工程後の圧電基板の平面図である。
【図２Ｂ】導電膜形成工程後の圧電基板のＹ方向における側面図である。
【図３Ａ】凹部形成工程後の圧電基板の平面図である。
【図３Ｂ】凹部形成工程後の圧電基板のＹ方向における側面図である。
【図３Ｃ】凹部形成工程後の圧電基板のＸ方向における側面図である。
【図４Ａ】分離工程後の圧電基板の平面図である。
【図４Ｂ】分離工程後の圧電基板のＹ方向における側面図である。
【図５Ａ】カバー部材接着工程後の圧電基板の平面図である。
【図５Ｂ】カバー部材接着工程後の圧電基板のＹ方向における側面図である。
【図６】ノズルプレート接着面形成工程後の圧電基板のＹ方向における側面図である。
【図７】フレキシブルケーブル接続後の圧電基板のＹ方向における側面図である。
【図８Ａ】流路形成部材接着後の圧電基板のＹ方向における側面図である。
【図８Ｂ】図８ＡにおけるＡ−Ａ’断面図である。
【図９Ａ】インクジェットヘッドの平面図である。
【図９Ｂ】図９ＡにおけるＢ−Ｂ’断面図である。
【図１０】第１比較例のインクジェットヘッドのＢ−Ｂ’断面図である。
【図１１Ａ】第１比較例のインクジェットヘッドにおける圧力室の説明図である。
【図１１Ｂ】第１比較例のインクジェットヘッドにおける圧力波の伝播の説明図である。
【図１２Ａ】第２比較例のインクジェットヘッドにおける圧力室の説明図である。
【図１２Ｂ】第２比較例のインクジェットヘッドにおける圧力波の伝播の説明図である。
【図１３Ａ】一実施形態のインクジェットヘッドにおける圧力室の説明図である。
【図１３Ｂ】一実施形態のインクジェットヘッドにおける圧力波の伝播の説明図である。
【図１４Ａ】第３実施形態における、ノズルプレート接着面形成工程後の圧電基板のＸ方向における側面図である。
【図１４Ｂ】第３実施形態におけるインクジェットヘッドの圧力室と平行方向における断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
以下、本発明を図示の形態により詳細に説明する。
【００４７】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態のインクジェットヘッド１００の製造方法について説明する。
【００４８】
まず、アクチュエータ部材である圧電基板１にダイシングブレードを複数回一定方向に走査して複数のインク溝６ａを加工して隔壁６ｂをする隔壁形成工程を行う。
【００４９】
インク溝６ａを形成した基板１の平面図を、図１Ａに、基板１のＹ方向における側面図を、図１Ｂに示す。尚、隣あうインク溝６ａの間にある部分を隔壁６ｂと呼ぶこととする。上記インク溝６ａを、後にカバー部材１６およびノズルプレート２で覆うことにより、インクを吐出するための圧力を伝達する圧力室１４が形成される。
【００５０】
本実施の形態では、圧電基板１は、長さ５ｍｍ、幅５０ｍｍ、厚さ３ｍｍのものを使用した。インク溝６ａの深さは、およそ３６０μｍとし、幅は、１００μｍとし、インク溝６ａのピッチは、約２００μｍとし、溝の数は、２００本とした。尚、図の簡略化のため、全ての図において、インク溝６ａの数や、深さ等は、正確なものではない。
【００５１】
インク溝６ａの幅は、使用するダイシングブレードを変えることで変更可能であり、インク溝６ａの深さは、ダイシングブレードの切り込み量を変えることにより変更できる。また、圧電基板１では、インク溝６ａの深さ方向における略中央にて分極方向が相反する２枚の圧電材料が、あらかじめ接着剤で貼りあわされている。この分極方向の異なる圧電材料を接着している接着剤の層を、圧電基板接着層１８と呼ぶ。本実施形態の３ｍｍの圧電基板１においては、０．２１ｍｍの薄板と、２．７９ｍｍの厚板とが、圧電基板接着層１８で貼りあわされている。この構成により、外部より電圧を印加した際に、薄板部分の隔壁６ｂと、厚板部分の隔壁６ｂとが、反対方向に変形して、圧力室の容積が変化し、インクが吐出する。
【００５２】
続いて、導電膜形成工程を行う。この導電膜形成工程では、圧電基板１の隔壁６ｂに電極７となる導電膜を形成し、かつ、圧電基板１の側面に電極引き出し部９となる導電膜を形成する。
【００５３】
本実施の形態では、銅をスパッタ法により成膜する。詳しくは、成膜した銅の隔壁６ｂにおける膜厚が、もっとも薄い部分で、０．５μｍとなるように、銅をスパッタ法により成膜する。
【００５４】
導電膜形成工程後の圧電基板１の平面図を、図２Ａに、Ｙ方向における側面図を、図２Ｂに示す。尚、図２Ａ、Ｂにおける斜線部は、スパッタ法により成膜した導電膜である。
【００５５】
本実施形態におけるスパッタ法による導電膜形成工程では、圧電基板１の、インク溝６ａを形成した面の裏側の面を除く全面に、導電膜を形成し、目的以外の部分にも導電膜を形成する。この実施形態では、圧電基板１のインク溝６ａが開口する側面に、厚みが１μｍの銅の膜を成膜する。尚、隔壁６ｂに成膜された銅の膜厚と、インク溝６ａが開口する圧電基板１の側面に成膜された銅の膜厚とが異なるのは、銅が形成される部分の形状の違いに起因する銅のつきまわりの差によるものである。
【００５６】
続いて、導電膜形成工程で形成された不要な導電膜を除去する。詳しくは、圧電基板１のインク溝６ａを形成した面における不要な導電膜を除去し、かつ、インク溝６ａを形成した面に凹部を形成する凹部形成工程を行う。
【００５７】
この凹部形成工程は、例えば、圧電基板１の上部表面をダイシングブレードで複数回、インク溝６ａと直交する方向に走査することで行う。このとき、圧電基板１のインク溝６ａ形成面において隣接するインク溝６ａ間の導電膜同士が確実に絶縁するように、ダイシングブレードにより圧電基板１の表面もわずかに研削すると好ましい。尚、インク溝６ａの形成面において、隣接するインク溝６ａ間の導電膜同士が確実に絶縁するように、凹部形成工程と、不要な導電膜を除去する除去工程と、を分離して行っても良い。
【００５８】
この除去工程後の圧電基板１の平面図を、図３Ａに、Ｙ方向における側面図を、図３Ｂに示す。さらにＸ方向における圧電基板１の側面図を、図３Ｃに示す。
【００５９】
凹部形成工程後、圧電基板１には、隔壁６ｂに形成された電極７と、凹部１３と、圧電基板１の側面とに、導電膜が存在している。凹部形成工程で形成した凹部１３は、圧電基板１の端部から形成され、インク溝６ａと平行方向の長さが、２．３５ｍｍであり、インク溝６ａと直交方向の長さが、圧電基板１の幅と同じ５０ｍｍであり、深さは、６０μｍである。
【００６０】
上記凹部１３が形成されていない隔壁６ｂは、圧電基板１において、隔壁６ｂと平行方向における中間部に存在している。その長さは、３００μｍである。上記凹部１３に、後の工程で、カバー部材１６を接着して、圧力室１４を形成するようになっている。上記凹部１３を形成していない隔壁６ｂは、後に、圧力室１４の開口部となり、ノズルプレート２に形成されたノズル孔８と連通する。つまり、上記凹部１３が、圧電基板１の両端部側にそれぞれ形成されることにより、ノズル孔８に二つの圧力室１４が連通する構造とすることができる。尚、この実施形態では、ノズルプレート２の材料として、高分子フィルムを使用している。
【００６１】
次に、分離工程を行う。分離工程では、圧電基板１の側面に形成されている導電膜に対してダイシングブレードを複数回一定方向に操作して、分離溝１２を形成する。
【００６２】
この分離工程により、インク溝６ａにそれぞれ対応した電極引き出し部９を形成した圧電基板１の平面図を、図４Ａに、Ｙ方向における側面図を、図４Ｂに示す。
【００６３】
上記隔壁６ｂに形成された電極７と、電極引き出し部９とは、インク溝６ａが開口する圧電基板１の側面において電気的に接続されている。本実施形態では、分離溝１２の深さを、１０μｍ、幅を、５０μｍとして、インク溝６ａが開口する圧電基板１の側面に、それぞれ分離工程を行った。また、上記分離溝１２を形成した部分は、インク溝６ａの間であり、隣接するインク溝６ａの間で、電気的な導通が発生することがないようにしている。
【００６４】
このような分離工程を、インク溝６ａが開口する圧電基板１の側面の両側に行った。両側に分離工程を行うことにより、圧電基板１が、対称形となるから、後工程において、方向を間違うことを防止できる。また、片側の電極引き出し部９に損傷があった場合には、反対側の電極引き出し部９を使用することができるから、歩留まりを向上することができる。本工程は、必ずしもこの順番である必要はないが、後のカバー部材１６を接着する工程よりも前に実施することが望ましい。それは、カバー部材１６を接着した後に、カバー部材１６の接着ずれなどが発生した場合、分離溝１２を圧電基板１の側面を加工することが困難になり、歩留が低下する虞があるためである。
【００６５】
次に、凹部１３にカバー部材１６を接着するカバー部材接着工程を行う。カバー部材１６の材料としては、快削性セラミックスを使用した。尚、カバー部材１６の材料としては、圧電部材１と同じまたは異なる快削性の圧電材料を使用することができるが、分極処理は不要であるため施す必要はない。カバー部材１６は、インク溝６ａと平行方向には２．３５ｍｍ、インク溝６ａと直交方向には５０ｍｍ、厚みは１００μｍとした。尚、カバー部材１６はダイシングマシンにより任意の形状に容易に加工することができる。このカバー部材１６にバーコータを使用して接着剤を転写し、凹部１３に接着した。接着剤の塗工手段としてバーコータを用いることにより、接着剤をより均一に塗布することができるが、接着剤の塗工手段は、バーコータに限られるものではない。本実施形態において、カバー部材１６を接着する為の接着剤の厚みは、2μｍとした。このような接着剤の厚みは、バーコータならバーの番手を変えることにより容易に変更することが可能である。接着層の厚みは、ノズルプレート２を接着する為の接着剤を塗布した条件と同じ条件でサンプルを作製し、電気炉で硬化後に硬化した接着剤の厚みを、接触式の段差計で計測した。
【００６６】
上記カバー部材１６の接着後の圧電基板１の平面図を、図５Ａに、また、Ｙ方向における側面図を、図５Ｂに示す。
【００６７】
５０μｍの深さである凹部１３に、厚み１００μｍのカバー部材１６を接着したため、本工程後、凹部１３を形成していない隔壁６ｂの高さより４０μｍ高い位置までカバー部材１６が存在する。また、上記カバー部材１６と、凹部１３を形成している部分の隔壁６ｂによって囲まれている部分が、圧力室１４の一部を構成する。
【００６８】
続いて、カバー部材接着工程後の圧電基板１を、ダイシングマシンにより、カバー部材１６を接着した面側から研削加工を行う。この工程をノズルプレート接着面形成工程と呼ぶ。本工程により、カバー部材１６の表面と、カバー部材１６を接着していない隔壁６ｂを研削した。研削した深さは、カバー部材１６の表面から５０μｍである。つまり、本工程後は、カバープレート１６の厚みは５０μｍであり、凹部１３を形成してない隔壁６ｂの高さは３５０μｍとなる。ノズルプレート接着面形成工程後の圧電基板１のＹ方向における側面図を、図６に示す。尚、本実施形態では、６０μｍの深さの凹部１３に、厚み１００μｍのカバー部材１６を接着して５０μｍ研削したが、６０μｍの深さの凹部１３に厚み６０μｍのカバー部材１６を接着してもよい。この場合には、このノズルプレート接着面形成工程を省略することによりリードタイムを短縮することができる。しかしながら、高い吐出特性を有するノズルプレート接着面を形成するためには、本実施形態のように、凹部１３の深さよりも厚いカバー部材１６を接着した後、ノズルプレート接着面形成工程を行うほうが望ましい。
【００６９】
次にこのようにして加工を施した圧電基板１と、電極引き出し部９とに導電部材を接続する。図７に導電部材を接続した圧電基板１の側面図を示す。本実施の形態では導電部材としてフレキシブルケーブル４を用い、電極引き出し部９との接続は、ＡＣＦ接続を用いた。フレキシブルケーブル４の他方の端部は、インクを吐出するために、直接または他部材を介して外部電圧印加機構と接続される。本実施形態において導電部材としてフレキシブルケーブルを使用するのは、フレキシブルケーブルは、変形が容易であるため、後工程においてプロセス上使用しやすく歩留まりの低下を抑制できるからである。しかしながら、導電部材として、フレキシブルケーブル以外の導電部材を採用しても良い。
【００７０】
次に、圧電基板１に、ホルダ部としての二つの流路形成部材３ａ,３ｂを接着する。上記流路形成部材３ａには、配管５ａが、流路形成部材３ｂには、配管５ｂがそれぞれ接続されている。本実施の形態ではインクジェットヘッド１００の内部にてインクの流れを形成するため、配管５ａは、インクを供給するための供給タンク（図示しない）に接続し、配管５ｂは、インクを排出するために用いられるため廃液タンク（図示しない）に接続する。
【００７１】
尚、本実施形態では、配管５ａを供給側とし、配管５ｂを排出側としたが、この限りではなく、配管５ａが排出側で配管５ｂが供給側でもよい。さらに、インクの流れが必要ない場合には配管５ａと配管５ｂの両方をインクの供給に用いてもよい。さらには、排出したインクをもう一度インクジェットヘッドに戻して、インクを循環させて使用する場合には、配管５ａと配管５ｂを共通のタンクに接続するか、供給タンクと廃液タンクとの間をインクが移動できるように接続する。尚、圧電基板１と、流路形成部材３との接着剤として、粘度４０００ｃＰ程度のエポキシ接着剤を使用し、流路形成部材３ａと、圧電基板１との接着面に接着剤を塗布して圧電基板１に押し当てた。続いて、流路形成部材３ｂと、圧電基板１との接着面に同じく接着剤を塗布して、流路形成部材３ｂを圧電基板１に押し当てた。この状態を室温２４時間保持して接着した。
【００７２】
上記流路形成部材３ａと、流路形成部材３ｂを接着した圧電基板１の平面図を、図８Ａに、図８ＡにおけるＡ−Ａ’断面図を、図８Ｂに示す。
【００７３】
全ての図において簡略化のため接着剤は省略しており記載していない。流路形成部材３ｂにはフレキシブルケーブル４と電極引き出し部９との接続部分がインクに曝されないようにカバーが設けられているため、フレキシブルケーブル４と電極引き出し部９との接続部は流路形成部材３によってインクに触れない構造になっている。
【００７４】
この構造では、導電性インクを使用する際にも、導電性インクが、フレキシブルケーブル４と電極引き出し部９との接続部に接しないため電気的に短絡することがない。流路形成部材３ａおよび流路形成部材３ｂには、あらかじめ配管５ａや配管５ｂを接続しておいてもよいし、圧電基板１と、流路形成部材３ａおよび流路形成部材３ｂとを接着してから、配管５ａおよび配管５ｂを接続してもよい。同様に配管５ａもしくは配管５ｂと、供給タンクまたは廃液タンクとは、あらかじめ接続されていてもよいし、後に接続されてもよい。また、圧電基板１と流路形成部材３ａとを直接接着せずに、例えば、圧電基板１を別部材に接着し、その別部材と流路形成部材３ａとを接着してもよい。つまり圧電基板１と流路形成部材３ａとが固定されていればよい。さらに本実施の形態では、二つの部材からなる流路形成部材３を使用したが、二つの部材である必要はなく、一体型でもよいし、３種類以上のパーツから形成されていてもよい。また、本実施の形態では先にフレキシブルケーブル４を接続したが、圧電基板１に流路形成部材３を接着して、その後、フレキシブルケーブル４を接続してもよい。
【００７５】
続いて、カバー部材１６を接着した面の側からノズルプレート２を接着することにより、インクジェットヘッド１００が完成する。本実施形態におけるノズルプレート２には、厚み１００μｍのポリイミドフィルムを使用し、あらかじめエキシマレーザーを照射することにより、直径約３０μｍのノズル孔８を形成している。ノズル孔８は、インク溝６ａのピッチと同じピッチで、インク溝６ａと同じ数だけ形成されている。
【００７６】
完成したインクジェットヘッド１００の平面図を、図９Ａに、図９ＡにおけるＢ−Ｂ’断面図を、図９Ｂに示す。本実施の形態では凹部１３を形成していない隔壁６ｂの上部と、カバー部材１６と、流路形成部材３ａおよび流路形成部材３ｂに、粘度が４０００ｃＰ程度のエポキシ接着剤を塗布した後、ノズルプレート２を、カバー部材１６を接着した面の側から押し当てて、室温で２４時間保持して接着した。
【００７７】
上記ノズルプレート２に形成されている複数のノズル孔８は、圧力室１４が開口している部分と連通するように位置あわせを行い、ノズル孔８からインクを吐出することができる構成となっている。また、インクの漏洩を防ぎ、共通インク室１１を形成するために、ノズルプレート２は圧電基板１と流路形成部材３ａ,３ｂとの間の開放された空間を密閉している。本実施形態では、ノズルプレート２を接着することにより、共通インク室１１を形成しているが、これに限るものではない。例えば、流路形成部材にあらかじめ共通インク室が形成されていても良い。
【００７８】
このようにして形成したインクジェットヘッド１００に対してインクを供給し、外部より電圧を印加してインクを吐出させて、インクジェットヘッドとしての性能に問題が無いことを確認した。また、インクの循環も良好に行えることを確認した。本実施の形態のインクの流れは、供給タンクから配管５ａを介して、配管５ａと接続されている側の共通インク室１１にインクが供給され、各圧力室を通って反対側の共通インク室１１に通じたインクが、配管５ｂを介して廃液タンクへ流れる。一方、インクの吐出は、外部からフレキシブルケーブル４を介して電極引き出し部９に電圧を印加し、印加された電圧を、電極引き出し部９と導通している電極７に伝える。電極７に印加された電圧により、圧電基板１の隔壁６ｂが、剪断変形することにより発生した圧力波が、圧力室１４を伝播することによりノズル孔８からインクを吐出する。
【００７９】
続いて、このインクジェットヘッド１００の吐出特性を評価した。評価項目は、吐出速度、吐出体積、着弾精度である。吐出速度の評価は、インクの吐出に同期してストロボを周期的に発光させ、ＣＣＤカメラで観測した。吐出体積は、電子天秤の上に設置したシャーレに、１つのノズル孔８から５万滴を吐出させ、重量変化を滴数で割ることにより算出した。尚、体積測定は、各ノズル孔８に対して３回ずつ測定し平均値を求めた。着弾精度は、受容層を有するインクジェット用紙に対して全ノズル孔８から１滴だけ吐出させ、着弾した液滴間の相対位置から求めた。この相対位置の計測には、ミツトヨ社製の非接触計測器を用いた。このような手段で計測したインクジェットヘッド１００の吐出特性は、吐出速度ばらつき±５％以内、吐出体積ばらつき±３％以内、着弾精度は±５μｍ以内であった。
【００８０】
比較のために、本実施形態とは異なり、圧力室が隔壁とノズルプレートによって形成されているインクジェットヘッドも製作した。このインクジェットヘッドをインクジェットヘッドＢと呼ぶ。インクジェットヘッドＢの製造方法は、インクジェットヘッド１００とほぼ同じであるが、凹部１３を形成しない点と、カバー部材１６を接着しない点が異なる。インクジェットヘッドＢの平面図は、図９Ａと同じであるため省略する。しかしながらインクジェットヘッドＢの図９ＡにおけるＢ−Ｂ’断面図を、図１０に示す。
【００８１】
インクジェットヘッドＢは、カバー部材１６を接着しないため、ノズルプレート接着面形成工程も必要ない。その他の工程は本実施形態のインクジェットヘッド１００の製造方法と同じである。このようにして形成するインクジェットヘッドＢは、圧力室１４の一面がノズルプレート２によって形成されている。このインクジェットヘッドＢも同様に吐出特性を評価したところ、吐出速度ばらつき±６％以内、吐出体積ばらつき±４％以内、着弾精度は±１５μｍ以内であった。
【００８２】
つまり、インクジェットヘッド１００とインクジェットヘッドＢの着弾特性を比較することにより、インクジェットヘッド１００が、優れた着弾特性を有することが分かった。これは以下のように考えられる。
【００８３】
インクジェットヘッドＢでは、圧力室１４においてインクが吐出する側の面がノズルプレート２により形成されている。ノズルプレート２は、ポリイミドフィルムである。ポリイミドフィルムは、エキシマレーザーにより、高精度のノズル孔８を容易に加工することができる。ノズルプレート２に、剛性の高い材料を使用することも可能であるが、そのような高い剛性を持つ材料に、ポリイミドフィルムにエキシマレーザーで加工する精度と同等の精度でノズル孔８を形成することは非常に困難である。ノズル孔８の形状は、吐出速度、吐出体積、着弾精度の全てに大きく寄与するものであり、吐出特性が均一なインクジェットヘッドを製造するためには、ポリイミドフィルムのノズルプレートは、欠かすことができない。
【００８４】
図１１Ａに示すように、インクジェットヘッドＢでは、あるノズル孔８に連通する二つの圧力室１４を、それぞれ圧力室１４Ａと圧力室１４Ｂとすると、圧力室１４Ａの長さ（図１１Ａ中の圧力室長さＡ）と、圧力室１４Ｂの長さ（図１１Ａ中の圧力室長さＢ）とが等しいとき、圧力室１４内において、圧力波は、図１１Ｂのように伝播する。圧力波の伝播によって、ポリイミドフィルムであるノズルプレート２は、わずかではあるが変形する。しかしながら、圧力室長さＡと圧力室長さＢが、等しいため、ノズル孔８の圧力室１４Ａ側と圧力室１４Ｂ側におけるノズルプレート２の変形は同程度であり、吐出されたインク１０は、図１１Ｂ中のＺ方向に配置された、描画される基材１５に向かってまっすぐ飛翔する。尚、図１１Ｂではノズル孔８がＺ＋方向である上を向くように記載しているが、インクを吐出するにあたり、ノズル孔８はどちらの方向に向いていてもよい。
【００８５】
しかし、インクジェットヘッドＢでは、圧力室１４Ａと圧力室１４Ｂの長さは、隔壁６ｂに対してノズル孔８がどこに位置するようにノズルプレート２を接着するかによって変化する。実際には、ノズルプレート２を接着する際には必ずずれが発生するため、ノズル孔８に連通する２つの圧力室１４の、圧力室長さＡと圧力室長さＢが全く等しいインクジェットヘッドを製造することは不可能である。
【００８６】
そのため、図１２Ａに示すように、ノズル孔８に連通する２つの圧力室１４の長さが異なるインクジェットヘッドＣが製造されることになる。インクジェットヘッドＣでは、圧力室長さＡ’は、圧力室長さＢ’よりも短い。具体的には、インクジェットヘッドＣでは、圧力室長さＡ’は、圧力室長さＢ’よりも１００μｍ短かった。このような位置ずれは、ノズルプレート２を接着する際の位置ずれや、その後にノズルプレート２を接着するための接着剤を熱硬化させる際に、熱によって接着剤が一時的に粘度低下することによって生じるものである。
【００８７】
このインクジェットヘッドＣにおける圧力波の伝播と、ノズルプレート２の変形についての関係を、図１２Ｂに示す。圧力室長さＡ’と、圧力室長さＢ’が異なることにより、吐出のために発生させた圧力波Ａ’と、圧力波Ｂ’の伝播にずれが生じ、ノズル孔８付近のノズルプレート２の変形に差が生じる。このため図１２Ｂ中に示すように、吐出されたインク１０は、ノズル孔８が描画される基材１５に対して角度θだけ曲がって飛翔する。例えば０．２度の傾きでも、ノズルプレート２と描画される基材１５との距離が７５０μｍであれば、着弾位置はおよそ３μｍずれることになる。一般的に、ノズルプレート２と描画される基材１５との距離は近いほうが、吐出されたインク１０が外乱の影響を受けないために好ましいが、近すぎればノズルプレート２と描画される基材１５とが接触する虞があるため、ノズルプレート２と描画される基材１５との距離は、１ｍｍ前後である。
【００８８】
一方、本実施形態のインクジェットヘッド１００では、圧力室１４は、全て快削性のセラミックスで形成されている。インクジェットヘッドＣと同程度に、インクジェットヘッド１００においても、圧力室長さＡ’は、圧力室長さＢ’よりも１００μｍ程度短い。このときのインクジェットヘッド１００における圧力波の伝播の説明図を、図１３Ｂに示す。快削性のセラミックスは、ポリイミドフィルムなどの高分子材料フィルムよりも剛性が高いため、圧力波の伝播により圧力室１４が変形することはない。つまり圧力波Ａ’と、圧力波Ｂ’の伝播にずれが発生しても、ノズルプレート２が変形しない。圧力室１４が開口しているノズル孔８の周辺について局所的に見れば、インクジェットヘッドＣと似た構造となっているが、実際にはこの領域のすぐ近くまでカバー部材１６と、ノズルプレート２とが接着剤を介して接着され、またノズル孔８の直近にカバー部材１６がなくても、ノズルプレート２を接着する際の接着剤が、フィレット１７を形成するため、インクジェットヘッド１００では、ノズル孔８の周辺においてもノズルプレート２の変形は発生しない。つまり、吐出されたインク１０は描画される基材１５に対してまっすぐに飛翔することにより、高い着弾精度を実現することができる。
【００８９】
尚、本実施の形態では電極として銅を使用したが、導電性材料ならば何でもよい。さらに、導電膜形成工程をスパッタ法により行っているが、イオンプレーティング法や無電解めっき法でも、複雑な形状である圧電基板1に対して同様の導電膜を形成することができることを確認している。イオンプレーティング法は付きまわりがよく、複雑な構造である圧電基板に対して溝の内壁にも均一な膜厚で導電膜を形成することができる。無電解めっき法も、複数の複雑な溝形状が形成されている圧電基板１に対しても、少ない膜厚ばらつきで導電膜を形成することができるため好ましい。一方、気相成長法や蒸着法は、圧電基板の基板表面温度が上がりやすいため適していないことが分かった。これは、圧電材料の圧電特性が高温において劣化してしまうことによるものである。イオンプレーティング法、無電解めっき法を、導電膜形成工程に用いて形成したインクジェットヘッドでも、スパッタ法で導電膜形成を行ったインクジェットヘッドと同等の吐出性能を有することを確認した。
【００９０】
さらに、本実施形態では凹部形成工程により不要な導電膜を除去したが、導電膜形成工程の前にレジスト材料などであらかじめ導電膜を成膜したくない部分を被覆しておき、導電膜形成工程後にレジスト材料を剥離して分離してもよい。
【００９１】
また、分離工程においてダイシングブレードによる分離溝１２の形成を行っているが、ワイヤーソーなどのダイシングブレード以外の機械加工でもよい。さらにはダイシングブレードによる分離ではなく、ＹＡＧレーザー照射により不要な部分の導電膜を除去して電極引き出し部９を形成したインクジェットヘッドについても、ダイシングブレードで分離したインクジェットヘッドと同様の吐出性能、循環性能を持つことを確認した。レーザーの種類に関してはＹＡＧレーザーである必要はなく、例えばＣＯ２レーザーやエキシマレーザーを用いて圧電基板１の側面の導電膜を分離して電極引き出し部９を形成することができることを確認した。
【００９２】
また、電極引き出し部９と導電部材の接続方法は、本実施形態ではＡＣＦ接続により行ったが、これに限るものではなく、銀ペーストやハンダなどの導電性ペーストを用いても接続できることを確認した。しかしながら圧電基板１の厚さが薄いときには電極引き出し部９に塗布した導電性ペーストやハンダがインク溝６ａに流入する虞があるため、圧電基板１の厚さからインク溝６ａの深さを差し引いた長さ、つまり電極引き出し部９にフレキシブルケーブル４などの導電部材を接続することができる長さががすくなくとも１．５ｍｍ以上のときにのみ導電性ペーストやハンダを用いることが好ましい。
【００９３】
さらには本実施の形態に記載した工程は必要最小限の工程であり、必要に応じて前述した以外の工程を追加していてもよい。例えば圧電基板１のどこかに加工の基準とするための目印として溝を加工する工程や、電極７がインクに接することで腐食する場合などには電極７を保護膜で覆うような工程を追加してもよい。
【００９４】
（第２実施形態）
本実施形態では、以下の２点を除いては第１実施形態と同じである。第１実施形態と同様の点については、説明を省略する。１点目は凹部形成工程において形成する凹部１３の、隔壁６ｂと平行方向における長さが異なる点である。２点目は、凹部１３の大きさが異なることに応じて、カバー部材１６の大きさも異なる点である。使用した装置、材料は、第１実施形態と同じであるため説明を省略する。
【００９５】
第２実施形態における凹部１３は、圧電基板１の端部から形成され、凹部１３の隔壁６ｂと平行方向における長さは２．３ｍｍ、２．４ｍｍ、２．４５ｍｍ、２．４２５ｍｍの４条件とした。つまり凹部１３が形成されていない隔壁６ｂは、圧電基板１の、隔壁６ｂと平行方向における中間部に存在し、その長さは、それぞれ４００μｍ、２００μｍ、１００μｍ、５０μｍとなる。隔壁６ｂと直交方向の長さは、圧電基板１の幅と同じ５０ｍｍ、また、深さは、６０μｍとして統一した。その後の工程は、第１実施形態と同じであるが、カバー部材１６の大きさは凹部１３を埋める大きさであり、厚さは１００μｍとした。
【００９６】
第２実施形態では、凹部１３の大きさに関わらず、ノズルプレート形成工程後の圧電基板１は、図６に示す状態、すなわち、凹部１３の全領域にカバー部材１６が接着されている状態になる。
【００９７】
このようにして製造したインクジェットヘッドの評価結果は以下の通りである。まず、凹部１３を形成していない隔壁６ｂの長さが４００μｍとしたインクジェットヘッドＤについての吐出特性は、吐出速度ばらつきは、±５％以内、吐出体積ばらつきは、±４％以内、また、着弾精度は、±９μｍ以内であった。これは第１実施形態において製作したインクジェットヘッドＢと比較すればやや良好であるものの、第１実施形態のインクジェットヘッド１００よりも劣るものであった。この着弾特性の劣化は、カバー部材１６のノズル孔８側の端部が、ノズル孔８の中心から離れてすぎているため、圧力室１４内の圧力波の伝播によるノズル孔８の近傍のノズルプレート２の変形に対する抑制が不十分であったと考えられる。このインクジェットヘッドＤでは、ノズルプレート２と接着されている隔壁６ｂの長さＬが、Ｌ＝４００μｍであるのに対し、隣接する隔壁６ｂ間の距離Ｗが、Ｗ＝１００μｍであるから、Ｌ＝４Ｗとなっている。
【００９８】
つづいて凹部１３を形成していない隔壁６ｂの長さが、２００μｍであるインクジェットヘッドＥと、凹部１３を形成していない隔壁６ｂの長さが、１００μｍであるインクジェットヘッドＦについての吐出特性はいずれも、吐出速度ばらつきが、±４．３％以内、吐出体積ばらつきが、±２．７％以内、着弾精度が、±４．６μｍ以内であり、第１実施形態のインクジェットヘッド１００よりやや優れていた。インクジェットヘッドＥとインクジェットヘッドＦでは吐出特性に違いがないように見える。インクジェットヘッドＥとインクジェットヘッドＦの吐出特性の違いは、吐出特性を測定する際の測定誤差の範囲内に収まる程度である。このインクジェットヘッドＥとインクジェットヘッドＦでは、ノズルプレート２と接着されている隔壁６ｂの長さＬが、Ｌ＝１００〜２００μｍであるのに対し、隣接する隔壁６ｂ間の距離Ｗが、Ｗ＝１００μｍであるから、Ｗ≦Ｌ≦２Ｗとなっている。
【００９９】
また、第１実施形態におけるインクジェットヘッド１００では、Ｌ＝３Ｗであり、吐出速度ばらつきが、±５％以内、吐出体積ばらつきが、±３％以内、着弾精度が、±５μｍ以内と高い吐出特性であったことは上述した通りである。以上の結果からＬ≦３Ｗであることが好ましい。
【０１００】
さらに、凹部１３を形成していない隔壁６ｂの長さが５０μｍであるインクジェットヘッドＧについては、駆動電圧を印加しても吐出できないノズル孔８が発生したため評価することができなかった。これは、ノズルプレート接着工程においてノズルプレート２を接着した際に、ノズルプレート２を接着するための接着剤の余剰分がノズル孔８に流れ込み、ノズル孔８を塞いでしまったことによるものである。
【０１０１】
第１実施形態及び第２実施形態では、全てのインクジェットヘッドインク溝６ａの幅は、１００μｍであり、ノズル孔８の中心から隔壁６ｂまでの距離は、５０μｍで統一されているが、インクジェットヘッドＧ以外では接着剤のノズル孔８への流れ込みは発生していない。一方、インクジェットヘッドＧでは、ノズル孔８の中心から、ノズル孔８側のカバー部材１６までの距離が２５μｍしかなく、ノズル孔８に対してカバー部材１６が非常に近接している。このインクジェットヘッドＧでは、ノズルプレート２と接着されている隔壁６ｂの長さＬ＝５０μｍに対し、隣接する隔壁６ｂ間の距離Ｗ＝１００μｍであるため、Ｌ＝０．５Ｗとなっている。
【０１０２】
したがって、本実施形態における結果より、ノズルプレート２と接着されている隔壁６ｂの、隔壁６ｂと平行方向における長さをＬとし、隣接する隔壁６ｂ間の距離をＷとしたとき、Ｗ≦Ｌ≦３Ｗとすることにより、歩留を落とすことなく、高い着弾特性を有するインクジェットヘッドを製造することができる。
【０１０３】
（第３実施形態）
第３実施形態は、カバー部材接着工程において接着するカバー部材１６の大きさが第１実施形態と異なる点と、ノズルプレート接着工程において塗布する接着剤の量が異なる点の2点以外は、第１実施形態と同じである。このため、その２点以外の説明については、説明を省略する。
【０１０４】
第３実施形態のカバー部材接着工程において接着したカバー部材１６は、隔壁６ｂと平行方向の長さを、３ｍｍ、インク溝６ａと直交方向の長さを、５０ｍｍ、厚みを、１００μｍとした。つまり第１実施形態と比較して、カバー部材１６の大きさを、隔壁６ｂと平行方向に対して、０．６５ｍｍ長くした。
【０１０５】
このようなカバー部材１６を使用し、ノズルプレート接着面形成工程まで行った圧電基板１のＸ方向における側面図を、図１４Ａに示す。カバー部材１６の長さが、凹部１３よりも長いため、カバー部材１６が、圧電基板１の隔壁６ｂと平行方向における端部よりも外側まで存在することになる。
【０１０６】
さらに工程をすすめ、製造したインクジェットヘッドの、圧力室１４と平行方向における断面図を図１４Ｂに示す。第３実施形態における構造の場合には、ノズルプレート接着工程後に、図１４Ｂに示すように、圧力室１４を形成していない部分のカバー部材１６の外側に、接着剤のフィレット１７が形成されることがあった。具体的には、ノズルプレート２を接着する為の接着剤の厚さを、２、５、７μｍとした。尚、接着剤の厚さを２μｍとした条件が、第1実施形態における接着剤の量と同じである。このような接着剤の塗布量は、例えばバーコータを用いて塗工する際に、バーの番手を変えることによって容易に制御することが可能である。また、接着剤の塗布量の測定は、接着剤塗布後に電気炉にて熱硬化をさせた後、接触式の段差計を用いて行った。
【０１０７】
まず、第３実施形態で製造したインクジェットヘッドに対して、接着剤の厚さを2μｍとした場合には、フィレット１７はなかったが、接着剤の厚さを5μｍ以上にした条件では、フィレット１７が形成されていた。しかし接着剤量にかかわらず、圧力室１４の内部に接着剤が入り込むことはなく、フィレット１７でとどまっていた。
【０１０８】
一方、第１実施形態において製造したインクジェットヘッド１００に対して、同様にノズルプレート接着工程において使用した接着剤量を変化させた場合、接着剤の塗布量を５μｍ以上としたとき、接着剤が圧力室１４内に入り込み、圧力室１４の一部をふさいでしまうことを確認した。このような圧力室１４への接着剤の入り込みは、圧力室１４をふさいで、不吐出となったり、吐出特性を劣化させたりすることがある。
【０１０９】
つまり、第1実施形態で製作したインクジェットヘッド１００でも、ノズルプレート２の接着のための接着剤量を制御することにより圧力室１４のつまりは抑制できたが、第３実施形態の構造とすることにより、ノズルプレート接着工程において塗布する接着剤の量に対するマージンを広げることができて、インクジェットヘッド製造の歩留まりを向上させることができる。
【０１１０】
（第４実施形態）
第４実施形態では、第１実施形態で製造したインクジェットヘッド１００とインクジェットヘッドＢについて、圧力を印加して、圧力変動による耐性を確認した。このような圧力への耐性は、例えば、インクジェットヘッドにインクを充填や、メンテナンスのために、ノズル孔８からインクを押し出すために加圧する場合に必要である。このようなインクの押し出しは、例えば、吐出しない時間が長かったときなどに、インクの溶媒が揮発して、固形分の濃度が高くなって増粘し、吐出ができなくなることを回避するために行われる。
【０１１１】
圧力の印加方法は、ノズルプレート２にフィルムを貼り付けることでノズル孔８を塞ぎ、配管５ａおよび配管５ｂを通じて加圧した。印加した圧力は３０、４０、６０ＫＰａである。インクジェットヘッドＢでは、４０ＫＰａまでは問題は発生しなかったが、６０ＫＰａにおいて、隔壁６ｂとノズルプレート２の界面において剥がれが発生した。このようなノズルプレート２の剥がれが発生すると、隣り合う圧力室１４が連通してしまうため、圧力波を伝播する際に減衰し、大幅に、吐出特性が劣化する。
【０１１２】
一方、インクジェットヘッド１００では、６０ＫＰａで印加してもこのような剥がれは発生しなかった。これはインクジェットヘッド１００では、ノズルプレート２とカバー部材１６とが接着されていることにより、インクジェットヘッドＢよりも、接着面積が大きいことに起因している。例えば、インクジェットヘッドＢでは隔壁６ｂが形成されている領域において、ノズルプレート２との接着面積は５０％であるが、インクジェットヘッド１００では９７％であり、ほぼ倍となる。よって、カバー部材１６を含む構成とすることによりノズルプレート２と圧電基板１との接着強度を強め、圧力変動に対する耐性を確保することができるのである。
【０１１３】
上述のように、上記一実施形態では、カバー部材１６における隔壁６ｂの法線方向およびノズルプレート２の法線方向の両方に垂直な方向の長さが、圧力室１４における隔壁６ｂの法線方向およびノズルプレート２の法線方向の両方に垂直な方向の長さよりも長い。したがって、ノズルプレート２の接着時に余剰の接着剤が発生しても、その余剰の接着剤が圧力室内に入り込んで圧力室詰まりが生じさせることがなくて、高い歩留りでインクジェットヘッドを製造することができる。
【０１１４】
尚、この発明では、各ノズル孔に、二つの上記圧力室が連通する構成であっても良い。圧力室が、カバー部材と、隔壁とを含んで、剛性が高くなっているから、各ノズル孔に、二つの圧力室を連通する構成を採用して、二つの圧力室から発生した別々の圧力波の位相ずれが発生したとしても、圧力波の伝播により圧力室が変形することがない。したがって、各ノズル孔に二つの圧力室が連通する構成であっても、吐出方向のずれは発生せず、高い着弾精度を実現できるのである。
【０１１５】
また、この発明では、一つのノズル孔に、二つの圧力室が連通し、さらに、二つの圧力室は、電気的に導通していて、外部からの信号によってせん断変形するようになっていても良い。上述のように、ノズル孔に連通した二つの圧力室で発生した圧力波の伝播にずれが発生しても、吐出したインクの着弾精度が低下することはない。したがって、この場合、二つの圧力室を、共通の駆動信号で駆動させることができるから、吐出するための電圧を小さくすることができる。
【符号の説明】
【０１１６】
１  圧電基板
２  ノズルプレート
３  流路形成部材
３ａ  流路形成基材１
３ｂ  流路形成基材２
４  フレキシブルケーブル
５  配管
５ａ  供給側配管
５ｂ  排出側配管
６ａ  溝
６ｂ  隔壁
７  隔壁に形成された電極
８  ノズル孔
９  電極引き出し部
１０  吐出されたインク
１１  共通インク室
１２  分離溝
１３  凹部
１４  圧力室
１４Ａ  圧力室Ａ
１４Ｂ  圧力室Ｂ
１５  描画される基材
１６  カバー部材
１７  着剤のフィレット
１８  圧電基板接着層
１００  インクジェットヘッド
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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